Alkilasi, Isomerisasi dan Polimerisasi

BAB II
PEMBAHASAN

2.1  ALKILASI
Alkilasi merupakan penambahan jumlah atom dalam molekul menjadi molekul yang lebih panjang dan bercabang. Dalam proses ini menggunakan katalis asam kuat seperti H2SO4, HCl, AlCl3 (suatu asam kuat Lewis). Reaksi secara umum adalah sebagai berikut:
RH + CH2=CR’R’’ panah R-CH2-CHR’R”
            Secara kimia reaksi alkilasi dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu :
1.      Alkilasi Katalis
Suhu reaksi berkisar antara 30 – 1050F dan tekanan 1 atm – 150 psig.
Katalis yang banyak digunakan, yaitu :
a.       Proses Alkilasi Asam Fluorida diperkenalkan oleh Phillips Petroleum Company pada tahun 1942.
b.      Proses Alkilasi Aluminium Khlorida di operasikan oleh Phillip selama Perang Dunia.
c.       Proses Alkilasi Katalis Asam Sulfat telah di mulai di Amerika Serikat pada tahun 1938 oleh Shell Oil Company. Pada proses ini, komponen gasolin dengan angka oktan tinggi dibuat melalui reaksi isobutana dengan olefin. Butilen merupakan senyawa yang paling umum dipakai, karena produk yang dihasilkan mempunyai kualitas tinggi dan dapat diperoleh hanya dengan sedikit Asam Sulfat dibandingkan dengan olefin lainnya, jika diproses pada kondisi operasi yang sama.






2.      Alkilasi Termis
Alkilasi termis adalah alkilasi yang mengolah Etilen yang diikuti oleh Propilene, Butane dan Isobutilene dengan bantuan panas. Suhu reaksi berkisar 9500F dan tekanan sekitar 3000-5000 psia. Proses Alkilasi termis yang komersil telah di bangun oleh Phillips Petroleum Co untuk membuat neoheksana. Alkilasi ini menggunakan Etilene dan Isobutana sebagai reaktan untuk membuat neoheksana.

2.1.1        Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk
2.1.1.1  Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku
a.       Isobutana
-          Rumus kimia         : (2-metil propana, C4H10)
-          Gaya tarik antar molekul lebih kecil
-          Mudah menguap
-          Mempunyai titik didih yang lebih rendah

b.      Olefin
Olefin adalah kelompok senyawa hidrokarbon tidak jenuh, CnH2n. Contohnya etilena (C2H4), propena (C3H6), dan butena (C4H8).

2.1.1.2  Sifat Fisik dan Kimia Produk
a.       Gasoline (bensin)
-          Titik didih             : 40°C – 220°C
-          Daya melarutkan   : Tinggi
-          Daya oksidasi/penguapan : Cepat
-          Masa Penggunaan : 4 kali
-          Density  : 0.68 gr/ml



2.1.2        Diagram Alir
2.1.2.1  Diagram alir proses Alkilasi Katalis Asam Sulfat



2.1.2.2  Diagram alir proses Alkilasi Termis



2.1.3        Uraian Proses
2.1.3.1  Uraian Proses Alkilasi Katalis Asam Sulfat
Umpan olefin dan iso butana harus kering dengan kadar sulfur rendah untukmengurangi kelebihan katalis asam dan menjaga mutu produk alkilat. Umpan kering olefin dan isobutana bersama sirkulasi dimasukkan ke dalam reactor melalui beberapa pipa untuk menjaga temperatur sepanjang reactor. Reaksi yang terjadi adalah eksotermik dan panas reaksi tersebut dibuang dengan penukaran panas dengan sejumlah besar air bertemperatur rendah untuk menjaga temperatur optimal reaksisekitar 35˚C. Keluaran dari reaktor masuk ke pengendapan
(settler) , dimana endapan asam (S.G = 1, alkilat S.G = 0,7) disirkulasi ke reaktor. Fase hidrokarbon berkadar HF 1-2 % mengalir melalui penukar panas ke iso-stripper.
Butane jenuh (make up) juga dimasukkan ke isostripper. Produk alkilat dikeluarkan dari bawah isostripper. Isobutana yang belum bereaksi ditampung dari samping isostripper dan disirkulasi kembali ke reaktor. Semua produk dibebaskan dari HF dengan pemurnian KOH sebelum meninggalkan unit. Pada bagian atas isostripper keluar isobutana, propane dan ke dalam depropanizer. Keluaran dari atas depropanizer dihilangkan HF, dan dihasilkan produk propane bermutu tinggi dari bawah stripper. Bagian bawah depropanizer isobutana untuk disirkulasi kembali ke reaktor.
Alkilat berangka oktana tinggi dengan distribusi angka oktana baik dansensitivitas rendah memberikan keuntungan di negara- negara Eropa yang mensyaratkan angka oktana motor (MON) dan Amerika Serikat dengan persyaratan knock performance = (RON + MON)/2.



2.1.3.2  Uraian Proses Alkilasi Termis
Alkilasi termis adalah alkilasi yang mengolah etilena yang diikuti oleh propilena, butena dan isobutilena dengan bantuan panas. Kondisi operasi ini tinggi sekitar 950 °F dan tekanan 3000-5000 Psia. Umpan olefin dapat diproduksi dari proses dekomposisi hidrokarbon. Etilena diserap di dalam isobutana untuk dimasukkan ke dalam unit alkilasi. Dapur alkilasi akan mengolah aliran daur ulang isobutana dan cairan yang terdiri dari campuran etilena dan isobutana yang dimasukkan ke dalam dapur melalui zona perendaman. Sedikit ter atau material yang mempunyai titik didih di atas gasolin dapat dihasilkan karena konsentrasi etilennya rendah dalam zona reaksi.

2.1.4        Reaksi yang Terjadi

            CH3                                   CH3                                               CH3     CH3
                                                                           H2SO4
H3C – CH – CH3        +          H2C = C – CH3                            H3C – C – CH2 – CH – CH3

                                                                                                              CH3
Isobutana                            Isobutilene                                 2,2,4 Trimetil Pentana

2.1.5        Kegunaan Produk
2.1.5.1  Bensin (gasoline)
Bensin biasanya digunakan sebagai :
-          Bahan bakar motor
Sebagai bahan bakar motor ada beberapa sifat yang diperhatikan untuk menentukan baik atau tidaknya bensin tersebut.
-          bensin hasil penyulingan dapat dipergunakan sebagai bahan pengekstrak lemak karena tidak menunjukkan perbedaan yang mencolok baik pada titik didih, massa penggunaan, capasitas ataupun  densitynya.
-          Sebagai sumber energi
-          Sebagai bahan bakar penerangan dan pemanasan
                                                
2.2  POLIMERISASI
Polimerisasi adalah proses penggabungan molekul-molekul kecil menjadi molekul besar. Reaksi umumnya adalah sebagai berikut :
M CnH2n panah Cm+nH2(m+n)
Contoh polimerisasi yaitu penggabungan senyawa isobutena dengan senyawa Isobutana menghasilkan Bensin berkualitas tinggi, yaitu Isooktana.
            Polimerisasi dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu  :
1.      Polimerisasi Termis
Proses polimerisasi termis terdiri dari perengkahan fasa uap senyawa propana dan butana diikuti dengan memperpanjang waktu reaksi polimerisasi pada suhu  950 – 1100 0F, selanjutnya diikuti dengan reaksi dekomposisi, depolimerisasi dan sebagainya. Polimerisasi termis mengubah C4 dan gas – gas kilang yang lebih ringan menjadi produk cair hasil kondensasi.
2.      Polimerisasi Katalis
Katalis yang digunakan adalah Asam Sulfat dan Asam Phosfat dalam berbagai bentuk. Demikian juga dengan silika Alumina, Aluminium Khlorida, Boron Trifluorida dan Bauksit aktif.

Proses polimerisasi ini dibagi menjadi 2, yaitu :
a.        Polimerisasi Selektif
Polimerisasi Selektif merupakan proses polimerisasi yang menggunakan umpan hanya fraksi C4 saja (Propilene – propilene) atau fraksi C3 saja (Butilene – Butilene) yang berlangsung pada suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan polimerisasi tak selektif.
b.      Polimerisasi Tak Selektif
Polimerisasi Tek Selektif adalah suatu proses Polimerisasi yang terjadi pada suhu dan tekanan tinggi dengan umpan berupa campuran Hidrokarbon C3 dan C4 menggunakan katalis Asam Phosfat.
Polimerisasi katalis proses UOP adalah proses Polimerisasi tak selektif menggunakan katalis Asam Phosfat yang dijenuhkan didalam kieselguhr dan berbentuk pelet.

2.2.1        Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk
2.2.1.1  Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku
a.       Isobutena
-          Gaya tarik antar molekul lebih kecil
-          Mudah menguap
-          Mempunyai titik didih yang lebih rendah

b.      Isobutana
-          Rumus molekul : CH(CH3)3.
-          Merupakan isomer dari butana
-          Mudah menguap
-          Mudah terbakar



2.2.1.2  Sifat Fisik dan Kimia Produk
a.       Gasoline
-          Titik didih             : 40°C – 220°C
-          Daya melarutkan   : Tinggi
-          Daya oksidasi/penguapan : Cepat
-          Masa Penggunaan : 4 kali
-          Density  : 0.68 gr/ml

2.2.2        Diagram Alir
2.2.2.1  Diagram Alir Proses Polimerisasi Termis Proses Kellog








2.2.2.2  Diagram Alir Proses Polimerisasi Tak Selektif Proses UOP


2.2.3        Uraian proses
2.2.3.1  Uraian Proses Polimerisasi Termis Proses Kellog
Umpan cair (Olefin) dengan tekanan 1200 – 2000 psig dipompakan kedalam dapur dan dipanaskan menjadi 975 – 1100 0F. Keluaran dari dapur polimerisasi didinginkan dan di stabilisasikan didalam Quench Stabilizer, polimer gasoline dipisahkan dengan cara fraksionasi. Gas yang keluar dari stabilizer dikembalikan ke pemisah uap atau didalam fraksionatot untuk dipisahkan C3 dan C4 sebagai daur ulang.
2.2.3.2  Uraian Proses Polimerisasi Tak Selektif Proses UOP
Umpan C3 / C4 masuk menuju tempat pencucian Soda bertujuan untuk pemurnian umpan. Kotoran (senyawa Nitrogen asam, seperti : HCN, HOCN, dll bila dibiarkan dalam sistem akan berubah menjadi ammonia dan kemudian amonium posfat yang akan merusak daya rangsang katalisator (menurunkan aktifitas katalis) dan dapat dihilangkan dengan larutan Soda, sedangkan basa, seperti : NH3 dan amina – amina dapat dihilangkan dengan mencucinya dengan menggunakan air, Belerang dalam bentuk gas / larutan H2S maupun merkaptan)  yang terdapat didalam Umpan dipisahkan dengan larutan soda dan air karena racun bagi katalis.
Selanjutnya, umpan Hidrokarbon (campuran Propilene / Butilene) yang sudah dibersihkan dan dipanaskan secukupnya direaksikan dalam reaktor. Tipe reaktor UOP ada 2 tipe, yaitu : Shell and Tube Heat Exchanger dan Chamber. Reaksi polimerisasi menggunakan reaksi isotermis sehingga memerlukan air untuk menyerap panas yang terjadi dan berfungsi untuk mengatur suhu reaktor yang dikendalikan oleh tekanan steam drum. Suhu dalam reaktor 430 0F, tekanan operasi 1000 – 1100 psig, kadar Olefin didalam umpan 35 – 45 % dan kecepatan aliran Olefin pada permukaan katalis (space velocity) dirancang0,28 galon umpan/jam per lb katalis. Dari hasil reaksi campuran keluar dari dasar reaktor didinginkan dan tekanannya diturunkan menjadi 300 psig sebelum masuk ke tahap pemisahannya. Campuran hasil reaksi pertama kali di masukkan kedalam menara depropanizer untuk memisahkan propana dan gas – gas lain yang lebih ringan. Sedangkan senyawa yang lebih berat dari propana akan keluar dari dasar menara dan selanjutnya dikirim menuju menara Butanizer untuk memisahkan fraksi butana yang lebih ringan. Fraksi yang lebih berat dari butana adalah polimer gasolin dengan RVP 8 psi dan FPB 400 – 420 0F.

2.2.4        Reaksi yang Terjadi

2.2.5        Kegunaan Produk
Bensin berkualitas tinggi, yaitu isooktana mempunyai kegunaan
sebagai berikut :
-          Bahan bakar motor
Sebagai bahan bakar motor ada beberapa sifat yang diperhatikan untuk menentukan baik atau tidaknya bensin tersebut.
-          Bensin hasil penyulingan dapat dipergunakan sebagai bahan pengekstrak lemak karena tidak menunjukkan perbedaan yang mencolok baik pada titik didih, massa penggunaan, capasitas ataupun  densitynya.
-          Sebagai sumber energi
-          Sebagai bahan bakar penerangan dan pemanasan
                                                
2.3        ISOMERISASI
            Proses Isomerisasi dalam dunia industri berlangsung sangat lambat, hal ini disebabkan karena tingginya biaya penanganan katalis yang korosif dan biaya pemisahan isomer – isomer hidrokarbon yang mengandung 5 atau lebih atau karbon.
Macam - macam Proses Isomerisasi terbagi menjadi 2, yaitu :
1.      Isomerisasi dengan Katalis aluminium Khlorida
Proses yang biasa dilakukannya adalah Isomerisasi Butana menjadi Isobutana, Pentana menjadi Isopentana, Nafta atau fraksi n-Heksana menjadi Isoheksana.
2.      Isomerisasi dengan Katalis logam mulia
Katalis yang digunakan adalah platina atau logam-logam lain berada dalam unggun tetap dan dapat diregenerasi. Kondisi operasi bervariasi tergantung pada proses dan umpan yang dipakai, yaitu suhu 100 – 900 0F dengan tekanan 150 – 1000 psig. Proses ini dikenal dengan nama Isomerisasi Penex.


2.3.1        Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku dan Produk
2.3.1        Sifat Fisik dan Kimia Bahan Baku
a.       Butana
-          Rumus molekul : CH3CH2CH2CH3
-           Butana juga digunakan sebagai istilah kolektif untuk n-butana dan satu-satunya isomernya,isobutana (disebut juga metilpropana), CH(CH3)3.
-          Sangat mudah terbakar,
-          Tidak berwarna,
-          Merupakan gas yang mudah dicairkan.
-          Nama butana diturunkan dari nama asam butirat.

b.      Katalis aluminium khlorida
-          Rumus molekul : AlCl3
-          Substansi yang paling reaktif

2.3.2        Sifat Fisik dan Kimia Produk
a.       Isobutana
Rumus molekul : CH(CH3)3.
Merupakan isomer dari butana
Mudah menguap
Mudah terbakar









2.3.3        Diagram Alir
2.3.3.1  Diagram Alir Proses Isomerisasi Aluminium Khlorida

2.3.3.2  Diagram Alir Proses Isomerisasi Logam Mulia


2.3.4        Uraian Proses
2.3.4.1  Uraian Proses Isomerisasi Aluminium Khlorida
Proses yang biasa dilakukan adalah isomerisasi butana menjadi isobutana. Pada proses tersebut aluminium klorida digunakan dalam berbagai cara yaitu :
-          Bersama dengan aluminium chlorida membentuk slurry.
-          Berada dalam butiran alumina
Kondisi operasi 240 - 250°F, tekanan 200 – 300 psig dan space velocity adalah 1-2/jam. Waktu tinggal di dalam reaktor adalah 10-40 menit, sehingga dicapai konversi 50 % untuk butana.

2.3.4.2  Uraian Proses Isomerisasi Logam Mulia
Katalis yang digunakan adalah platina atau logam-logam lain berada dalam unggun tetap dan dapat diregenerasi. Kondisi operasi bervariasi tergantung pada proses dan umpan yang dipakai, yaitu suhu 100 – 900 °F dan tekanan 150-1000 psig.

2.3.5        Reaksi yang Terjadi


2.3.6        Kegunaan Produk
Isobutana berguna dalam rumah tangga, antara lain :
-          Sebagai pemanas ruangan
-          Sebagai penerangan
-          Sebagai penerangan
-          Pemanasruangan. 
Butana mempunyai batas meledak yang lebih kecil bila dibandingkan dengan propana.

0 Comments